CN1630175A - 开关电源装置和具有开关电源装置的电器 - Google Patents

Abstract

开关电源装置对通过用开关器件对输入直流电流电压进行开关切换而获得的脉动电压进行平滑滤波而产生输出电压。该开关电源装置具有输出随着流过开关器件的开关电流成比例变化的检测电流的电流检测电路；过电流检测电路，通过将检测电流与预先设置的以对应于过电流检测电平的设定电流相比较来检测过电流，并在检测到过电流时将复位信号馈至用于控制开关器件的开关的触发器以使开关器件关断；以及第二电流补偿电路，将补偿电流叠加在馈入过电流检测电路的检测电流上，以产生经补偿的电流。

Description

开关电源装置和具有开关电源装置的电器

根据35 U.S.C.§119(a)，此非临时申请要求2003年12月9日于日本提交的专利申请号2003-422358的优先权，该专利的全部内容都通过引用而结合于此。

技术领域

本发明涉及开关电源装置，以及结合有该开关电源装置的电器。本发明尤其涉及配备有过电流保护功能使得输出电流在过载状态中受到限制的开关电源装置，以及结合了这种开关电源装置的电器。

背景技术

对于开关电源装置和结合有开关电源装置的电器来说，对于尺寸和成本的降低的需求总是强烈的。因此，在开关电源装置中，通过减少线圈和电容器的电感和电容来尝试和实现尺寸和成本的降低。为了减少线圈和电容器的电感和电容，必须增加开关频率。从而，传统上大约为数十kHz到100kHz的开关频率现在一般是大约1MHz至4MHz。

在所谓的电流控制型的开关电源装置中，即那些通过将输出电压与流过开关器件的开关电流相比较来确定开关器件的通/断比率(占空比)的开关电源装置中，已知的是高于50％的占空比引起不稳定的工作，引起低频振荡。当发生低频振荡时，开关频率通常下降到其额定频率的一小部分，产生了不希望的效果，包括输出电压中波纹增加。为了避免这种现象，在如图6所示的电流控制型开关电源装置中，通常提供电流补偿电路，即使是高于50％的占空比也能确保稳定工作。

图6是示出传统开关电源装置的电气配置的电路框图。在图6中，通过输入端子IN，馈入从未示出的直流源馈入的直流电压。用于平滑滤波的输入电容器C1连接在输入端子IN与地之间。输入端子IN1通过电流控制部1连接到诸如晶体管之类的开关器件2的一端，而开关器件2的另一端连接到二极管(整流器件)D1的阴极以及线圈L1的一端。二极管D1的阳极连接至地。线圈L1的另一端连接至输出端子OUT，还通过输出电容器C2连接至地。线圈L1的该另一端还通过串联的分压电阻器R1和R2而连接至地。开关电源装置外，负载9连接在输出端子OUT和地之间。

分压电阻器R1和R2之间的节点连接至差分放大器3的倒相输入端子(-)，差分放大器3的非倒相输入端子(+)连接到基准电压源4。差分放大器3的输出端子连接到比较器(比较部)5的倒相输入端子(-)，比较器5的非倒相输入端子(+)连接到电流控制部1。比较器5的输出端子连接到触发器(flip-flop)(开关控制部)6的复位输入端子R，触发器6的置位输入端子S连接到振荡器(振荡部)7。触发器6的输出端子Q的输出作为控制信号通过驱动电路8而馈入开关器件2。从而，随着触发器6在置位和复位状态之间反复切换，开关器件2导通和关断。

电流控制部1包括电流检测电路(电流检测部)11、过电流检测电路(过电流检测部)12、以及电流补偿电路13。电流检测电路11连接在输入端子IN与开关器件2之间。电流检测电路11监测流过开关器件2的开关电流Isw，输出与开关电流Isw成比例变化的检测电流(检测信号)Isens。过电流检测电路12将来自电流检测电路11的检测电流Isens与对应于过电流检测电平而预先设置的设定电流(预定阈值)Iocp相比较，检测出开关电流Isw是否是过电流。电流补偿电路13提供用于电流补偿的电流。来自电流补偿电路13的补偿电流(第一电流补偿信号)加到来自电流检测电路11的检测电流Isens上，使得经补偿的电流Icc1(第一经电流补偿的信号)馈入比较器5的非倒相输入端子(+)。

接着，将描述如图6所示的开关电源装置的工作原理。通过输入端子IN馈入的直流电压经输入电容器C1平滑滤波后变为输入电压Vin，然后通过开关器件2的开关操作将Vin转变成脉动电压。当开关器件2导通时，电流从输入端子IN流到线圈L1。这使得能量积聚于线圈L1中，还引起能量馈入负载9。另一方面，当开关器件2关断时，线圈L1中积聚的能量通过二极管D1馈入负载9。经输出电容器C2平滑滤波的输出电压Vo出现在输出端子OUT上，该输出电压Vo施加到负载9，使得负载电流Io流过负载9。

随着触发器6在不同的状态之间切换，开关器件2导通和关断。具体来说，通过驱动电路8，当触发器6分别处于置位和复位状态时，把开关器件2控制成导通和关断。图7A至7F是解释图6所示的开关电源装置的工作的波形图。图7A示出从振荡器7输出的脉冲信号的波形。图7B示出来自触发器6的输出端子Q输出的输出信号的波形，该信号导通和关断开关器件2。图7C示出正常状态下开关电流Isw的波形。图7D示出正常状态下的检测电流Isens、经补偿的电流Icc1以及误差电流(误差信号)Ie的波形。图7E示出过电流保护使能状态下开关电流Isw的波形。图7F示出过电流保护使能状态下检测电流Isens和设定电流Iocp的波形。

在图7D和7F中，在开关器件2从导通变为关断的时刻以及从关断变回为导通的时刻所观察到的检测电流Isens的值通过虚线连接在一起。

接收来自振荡器7的脉冲信号(图7A)，触发器6置位成在脉冲信号的下降沿导通开关器件2(图7B)。另一方面，当来自比较器5的信号变为H(高)电平时，触发器6复位，使开关器件2关断(图7B)。随着开关器件2的导通和关断，如图7C所示的开关电流Isw流过开关器件2。这里，使开关器件2关断的控制是通过下述方式实现的。

如图7D所示，比较器5将来自电流检测电路11的检测电流Isens与来自电流补偿电路13的补偿电流的总和，即经补偿的电流Icc1，与来自差分放大器3的误差电流Ie相比较。如果经补偿的电流Icc1较大，则比较器5使其输出信号转变成H电平，从而使触发器6复位；如果误差电流Ie较大，则比较器5将其输出信号转变成L(低)电平，不使触发器6复位。

在此，来自差分放大器3的误差电流Ie是与通过将输出电压Vo用分压电阻器R1和R2分压后获得的反馈电压Vadj与来自基准电压源4的基准电压Vref相比较而检测到的误差相当的电流。该误差电流Ie与开关电流Isw比较，以进行开关器件2的开关动作，使得输出电压Vo保持在与基准电压Vref相当的恒定电压。在这种电流控制型的开关电源装置中，为了确保稳定工作，需要使开关电流Isw中的波动收敛。为了实现这个目的，如图7D所示，经补偿的电流Icc1的斜率需要比虚线的斜率更为陡峭。为此，电流补偿电路13向检测电流Isens添加随时间增加的补偿电流，使得经补偿的电流Icc1的斜率更为陡峭。

通过该工作顺序，即使当负载9变化时，输出电压Vo也能稳定地保持恒定。例如，当负载9变得更大时，通过下面的工作顺序，使得输出电压Vo稳定化。当负载9增加，输出电压Vo降低，然后误差电流Ie增加，然后通过开关器件2的开关电流Isw增加(占空比保持恒定)，从而使经补偿的电流Icc1的峰值增加(斜率保持恒定)，以及检测电流Isens的峰值增加(斜率保持恒定)。

如此，开关电流Isw随着负载而增加。为了防止开关电流Isw变得太大，过电流检测电路12进行过电流保护工作。如图7F所示，过电流检测电路12将来自电流检测电路11的检测电流Isens与预先设置的与过电流检测电平相对应的设定电流Iocp相比较，检测出开关电流Isw是否是过电流。

具体来说，当检测电流Isens变得比设定电流Iocp大时，判断开关电流Isw为过电流，从而向触发器6馈给复位信号以进行复位。结果，开关器件2关断并保持关断直到触发器6被来自振荡器7的脉冲信号再次置位为止。这限制了流过开关器件2的开关电流Isw的峰值(图7E)，从而防止过电流流过开关器件2。

日本专利申请特许公开号H11-332222揭示了一种DC/DC变换器，它包括一电容器，用于驱动设置在输入电源和负载之间的开关，其中只要所述电容器不是完全放电，开关都持续地保持关闭。在该DC/DC变换器中，设置连接到开关的线圈，根据通过检测流过线圈的电流而获得的检测信号和输出电压或与输出电压成比例的基准电压之间的差异，来确定开关的占空比。而且，为了防止电容器充电不足，将两个斜坡电流(ramp current)加到检测电流，以调节开关的关断状态的周期。

日本专利申请特许公开号2000-32744揭示了一种DC/DC变换器，它包括一开关，通过该开关馈入电源，在开关和输出端子之间设置一电感器，其中所述开关以规则的时间间隔切换开关，而与流过所述电感器的电流无关。在该DC/DC变换器中，当流过电感器的电流达到根据输出电压确定的指令值信号时，触发器复位，从而开关关断。

然而，图6所述的传统的开关电源装置具有下述的缺点。在正常状态中，开关器件2的关断定时是通过将来自电流检测电路11的检测电流Isens和来自电流补偿电路13的补偿电流的总和，即经补偿的电流Icc1，与来自差分放大器3的误差电流Ie相比较而确定的。相反，在过电流保护使能状态中，在该状态中过电流检测电路12工作，开关器件2的关断定时是通过将来自电流检测电路11的检测电流Isens与过电流检测电路12中设定的设定电流Iocp进行比较而确定的。从而，在该状态下，过电流补偿电路13不工作。结果，当以高占空比进行开关操作时，发生低频振荡，引起开关频率下降至其额定频率的一小部分。

现在，将参考图8描述当这种低频振荡发生时所引起的问题。图8是示出在过电流保护使能状态中观察到的Vo-Io特性，即输出电压Io相对于负载电流Io的绘图。在图8中，纵轴表示电压，横轴表示电流，虚线表示正常状态中的特性，而实线表示低频振荡状态中的特性。例如，考虑输入电压Vin等于20V，输出电压Vo等于15V，线圈L1的电感L等于10μH，振荡器7的振荡频率fo等于1MHz，过电流检测电路12的过电流检测电平Ic1等于1.3A的情况。

由Io＝Isw-(Vin-Vo)/(2Lfo)×Vo/Vin给出负载电流Io与开关电流Isw之间的关系。由于Isw等于Ic1，负载电流Io的最大值，即过电流保护使能时的负载电流Io，在正常状态下等于1.11A。相反，当低频振荡发生且开关频率下降到250kHz时，在上述公式中用250KHz代替fo，从而给出最大负载电流为0.55A。

在此，假设开关电源装置以1A的负载电流Io工作。只要低频振荡不发生，即使是出现瞬时的过电流，例如启动时对输出电容器C2的充电电流，由于仅有一个工作点，即点A，图8中该点处Io等于1A，一旦过电流状态消失，就输出15V的输出电压。相反，在可能发生低频振荡的状态中，存在两个工作点，即工作点A和B，在该两个工作点处Io等于1A，并且，如果开关电源装置碰巧工作在点B，则输出低于15的输出电压。

为了避免这种麻烦，想把开关频率降低到其额定频率的1/4，就需要考虑有必要给出电感为所需的四倍的线圈。然而，这导致线圈尺寸和成本的增加，从而不可能使开关电源装置紧凑和便宜。

根据上述的日本专利申请特许公开号H11-332222揭示的常规技术，即使当馈入的输入电压与要保持的输出电压之间的差异小，这确实可能保持输出电压，但是这并没有提供保护进行开关操作的开关的过电流保护功能。从而，当大于开关的电流容量的电流持续地流过开关时，当连接高负载时，开关可能击穿。

上述的日本专利申请特许公开号2000-32744还额外地揭示了提供一种用于在检测到负载电流中的异常(过电流)时，强制性地将用于驱动开关的触发器复位的电路。提供这种电路确实帮助实现了过电流保护，但是没有解决当过电流保护使能时，开关频率由于低频振荡发生而下降的问题。

发明内容

鉴于上述传统上遇到的问题，本发明的一个目的是提供一种开关电源装置，它能够制造得紧凑和便宜，且能够在过电流保护使能时防止低频振荡发生，并且提供一种结合了这种开关电源装置的电器。

为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种开关电源装置，具有：开关器件，所述开关器件的一端连接到馈有直流电压的输入端子，所述开关器件用于进行切换开关，从而将直流电压转变成脉动电压；线圈，所述线圈连接在所述开关器件的另一端和输出端子之间，所述线圈用于进行平滑滤波，从而将脉动电压转变成与所述直流电压不同的直流电压；输出电容器，所述输出电容器连接在所述输出端子和地之间，用于对来自线圈的直流电压进行平滑滤波，从而产生输出电压；以及整流器件，所述整流器件连接在所述开关器件和所述线圈相连接的节点与地之间，用于在所述开关器件的关断状态期间，允许电流流过所述线圈。所述开关电源装置还具有：电流检测部，所述电流检测部输出与一电流成比例变化的检测信号，该电流在所述开关器件的导通状态期间流过所述开关器件，同时随时间增加；比较部，所述比较部将表示对输出电压分压而获得的反馈电压与基准电压的差异的误差信号与检测信号进行比较；开关控制部，所述开关控制部根据来自振荡部的脉冲信号使开关器件导通，并且当检测信号大于误差信号时，根据从所述比较部获得的输出使所述开关器件关断；过电流检测部，所述过电流检测部通过将检测信号与预定阈值比较，来检测流过开关器件的电流中的过电流，在检测到过电流时，使所述开关器件关断；第一电流补偿部，所述第一电流补偿部将第一电流补偿信号叠加到馈给比较部的检测信号，以产生第一经电流补偿的信号；以及第二电流补偿部，所述第二电流补偿部将第二电流补偿信号叠加到馈给过电流检测部的检测信号，以产生第二经电流补偿的信号。在此，由于第一和第二经电流补偿的信号的斜率比把开关器件从导通变为关断的时刻和开关器件从关断变回为导通的时刻观察到的检测信号的值连接在一起的线的斜率陡峭，因此使得流过开关器件的电流中的变化收敛。

利用该配置，在正常状态中，过电流检测部不工作，仅根据通过第一电流补偿部经电流补偿的第一经电流补偿的信号执行开关器件的开关操作。从而，即使当以高占空比开关切换开关器件时，也不会引起低频振荡。另一方面，当在过电流保护使能状态中，过电流检测部工作，过电流检测部仅根据通过第二电流补偿部经电流补偿的第二经电流补偿的信号进行工作。从而，即使当以高占空比开关切换开关器件时，也不会引起低频振荡。如此，在正常状态和过电流保护状态中，即使当以高占空比开关切换开关器件，都能实现开关频率稳定化。这就使得能够减少所使用的线圈和电容器的电感和电容，从而使得开关电源装置紧凑和便宜。

根据本发明，当所述过电流检测部检测到过电流时，所述第二电流补偿部将第二电流补偿信号叠加在检测信号上。也就是说，在正常状态中，第二电流补偿部不把第二电流补偿信号叠加到检测信号上。这帮助防止由于正常状态中的占空比的变化而造成的过电流检测电平的降低。

根据本发明，第二电流补偿部从所述检测信号中减去一固定信号，并将一随时间增加的信号加到所述检测信号上。这使得能够防止低频振荡发生而不改变过电流检测电平。

根据本发明，第一和第二电流补偿信号的斜率相等。这使得能够在过电流保护使能状态中和正常状态中一样安全地进行电流补偿。

根据本发明，通过使用上述的开关电源装置，就能够实现即使在过电流保护使能状态中也能够工作稳定，且能够制造得紧凑和便宜的电器。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施例的开关电源装置的电气配置的电路框图；

图2是示出本发明的第二实施例的开关电源装置的电气配置的电路框图；

图3是示出本发明的第三实施例的开关电源装置的电气配置的电路框图；

图4A是示出图2所示的开关电源装置中提供的振荡器输出的脉冲信号的波形图；

图4B是示出使图2所示的开关电源装置中提供的使开关器件导通和关断的触发器的输出端子的输出信号的波形图；

图4C是示出图2所示的开关电源装置中观察到的开关电流的波形图；

图4D是示出图2所示的开关电源装置中观察到的检测电流、经补偿的电流和设定电流的波形图；

图5是示出图1至3中任一个所示的第一和第二电流补偿电路的电路实例的电路图；

图6是示出传统的开关电源装置的电气配置的电路框图；

图7A是示出图6所示的电源开关装置中提供的振荡器输出的脉冲信号的波形图；

图7B是示出使图6所示的开关电源装置中提供的使开关器件导通和关断的触发器的输出端子的输出信号的波形图；

图7C是示出图6所示的开关电源装置在正常状态下观察到的开关电流的波形图；

图7D是示出图6所示的开关电源装置在正常状态下观察到的检测电流、经补偿的电流以及误差电流(误差信号)的波形图；

图7E是示出图6所示的开关电源装置在过电流保护使能状态下观察到的开关电流的波形图；

图7F是示出图6所示的开关电源装置在过电流保护使能状态下观察到的检测电流和设定电流的波形图；以及

图8是示出图6所示的开关电源装置在过电流保护使能状态下观察到的输出电压对负载电流的特性图。

具体实施方式

下文中，将参考附图描述本发明的实施例。图1是示出本发明的第一实施例的开关电源装置的电气配置的电路框图。图1中，与图6中相同的电路组件和电路块以相同的参考标号和符号标识，并将不重复对它们的阐述。图1中所示的开关电源装置与图6所示的开关电源装置的区别在于，在电流控制部1中，提供了第一电流补偿电路(第一电流补偿部)14作为电流补偿电路13的替代，还提供了第二电流补偿电路(第二电流补偿部)15。

第一电流补偿电路14与图6所示的电流补偿电路13以相似的方式配置和工作。图1所示的开关电源装置在正常状态的工作(过电流检测电路12不工作)类似于图6所示的开关电源装置在正常状态的工作，并因此不再给出对该工作的描述。现在，将对图1所示的开关电源装置在过电流保护使能状态中的工作进行描述。

在过电流保护使能状态中，输出电压Vo降低，从而馈入比较器5的非倒相输入端子(+)的误差电流Ie增加。这使得比较器5的输出信号保持在L电平，比较器5就不可能复位触发器6。在该状态中，通过从过电流检测电路12输出的过电流检测信号作为复位信号来使触发器6复位。

来自电流检测电路11的检测电流Isens按照与开关电流Isw成比例地变化，开关电流Isw在开关器件的导通状态期间流过开关器件，同时随时间增加。来自第二电流补偿电路15的补偿电流(第二补偿信号)叠加于该检测电流Isens上，以产生经电流补偿的电流Icc2(第二经电流补偿的信号)。过电流检测电路12将该经电流补偿的电流Icc2与预先设置的与过电流检测电平相对应的设定电流Iocp相比较，以检测出开关电流Isw是否是过电流。

具体来说，如果经电流补偿的电流Icc2大于设定电流Iocp，将开关电流Isw判断为过电流，从而向触发器6馈给复位信号以使之复位。结果，开关器件2关断并保持关断直到触发器6被来自振荡器7的脉冲信号再次置位为止。这限制了流过开关器件2的开关电流Isw的峰值，从而防止过电流流过开关器件2。

如此，在过电流保护使能状态中，过电流检测电路12利用经电流补偿的电流Icc2工作。从而，即使具有高占空比，也能使开关电流Isw中的变化收敛，这防止了低频振荡的发生。也就是说，即使在过电流保护使能装置且带有高占空比，也能够使开关频率稳定化。这使得能够减少线圈L1和输出电容器C2的电感和电容，从而使得开关电源装置紧凑和便宜。

图2是示出本发明的第二实施例的开关电源装置的电气配置的电路框图。图2中，与图1中相同的电路组件和电路块以相同的参考标号和符号标识，并将不重复对它们的阐述。图2中所示的开关电源装置与图1所示的开关电源装置的区别在于，在电流控制部1中，还提供了位于过电流检测电路12和第二电流补偿电路15之间的触发器(锁存部)16。

触发器16在其置位输入端子S接收来自过电流检测电路12的置位信号(过电流检测信号)，在其复位端子R接收比较器5的输出信号。触发器16的输出端子Q的输出信号馈入第二电流补偿电路15。仅当向第二电流补偿电路15馈给触发器16的输出信号时，即仅当触发器16置位时，第二电流补偿电路15才工作。

从而，在过电流保护使能状态中，过电流检测电路12将经电流补偿的电流Icc2与对应于过电流检测电平的设定电流Iocp相比较，以检测出开关电流Isw是否是过电流。相反，在正常状态中，即不进行过电流保护工作，触发器16保持复位，使得第二电流比较电路15的工作保持暂停。从而，过电流检测电路12将检测电流Isens与设定电流Iocp相比较，以检测出开关电流Isw是否是过电流。也就是说，如果检测电流Isens大于设定电流Iocp，则将开关电流Isw判断为过电流。在该情况下，触发器6馈有H电平复位信号以复位，此外触发器16馈有H电平置位信号以置位。

作为触发器16置位的结果，接收触发器16的输出的第二电流补偿电路15开始工作。具体来说，第二电流补偿电路15将补偿电流叠加在检测电流Isens上，以产生经电流补偿的电流补偿电流Icc2。结果，过电流检测电路12利用经电流补偿的电流Icc2工作。如此，在过电流保护使能状态中，即使具有高占空比，也能够防止低频振荡发生。

当过电流状态消除且正常状态恢复时，即当来自比较器5的复位信号馈至触发器16时，触发器16复位，第二电流补偿电路15的工作停止。从而，过电流检测电路12当前根据未经过电流补偿的检测电流Isens来进行过电流检测。在正常状态中，通过如此将第二电流补偿电路15保持为停止，就能够防止由于占空比中的变化而导致过电流检测电平的降低。

图3是示出本发明的第三实施例的开关电源装置的电气配置的电路框图。图3中，与图2中相同的电路组件和电路块以相同的参考标号和符号标识，并将不重复对它们的阐述。图3中所示的开关电源装置与图2所示的开关电源装置的区别在于，不使用从过电流检测电路12馈至触发器16的置位信号，而是额外地提供AND(与)门(逻辑与门)17，该逻辑门输出置位信号，利用该置位信号使触发器16置位。

AND门17是二个输入、一个输出的AND门。AND门17在其一个输入端接收来自振荡器7的脉冲信号，在其另一个输入端接收触发器6的输出信号。AND门17的输出信号用作为触发器16的置位信号。

在过电流状态中，开关器件2的导通状态周期可能比振荡器7的振荡周期长。当这种情况发生时，在图3所示的开关电源装置中，识别出过电流状态，使第二电流补偿电路15工作。当开关器件2导通时，触发器6的输出信号为H电平。另一方面，在正常状态中，来自振荡器7的脉冲信号为H电平。也就是说，在触发器6置位的时刻，触发器6的输出信号为L电平(开关器件2关断)。从而，通过计算逻辑积，即触发器6的输出与振荡器7的输出的AND(与操作)，就能够检测出开关器件2的导通状态的周期是否比振荡器7的振荡周期长。

具体来说，当触发器6的输出和振荡器7的输出都为导通(on)时，识别出过电流状态。这将AND门17的输出信号变为H电平，使触发器16置位。这使得第二电流补偿电路15开始工作，从而补偿电流叠加于检测电流Isens上，以产生经电流补偿的电流Icc2。从而，过电流检测电路12现在利用经电流补偿的电流补偿电流Icc2工作。如此，在过电流保护使能状态，即使具有高占空比，也能够防止低频振荡发生。

在上述实施例的开关电源装置中，第二电流补偿电路15进行的电流补偿是通过从检测电流Isens中减去一固定的电流，并将随时间变化的电流添加到所产生的电流中而实现的。现在，将参考图4A至4D来描述这是如何实现的。

图4A至4D是解释图2所示的开关电源装置的工作的波形图。图4A示出了从振荡器7输出的脉冲信号的波形。图4B示出了来自使开关器件2导通和关断的触发器6的输出端子Q的输出信号的波形。图4C示出了开关电流Isw的波形。图4D示出了检测电流Isens、经补偿的电流Icc2以及设定电流Iocp的波形。在图4D中，在开关器件2从导通转变成关断的时刻观察到的检测电流Isens的值与在开关器件2从关断变回到导通的时刻观察到的检测电流Isens的值由虚线连接在一起。

在正常状态中，其中不进行过电流保护工作，触发器16保持复位，使得第二电流补偿电路15的工作保持停止。从而，过电流检测电路12将检测电流Isens与电流Iocp相比较，以检测出开关电流Isw是否是过电流。

一旦检测电流Isens变得等于设定电流Iocp，触发器16就置位，使得第二电流补偿电路15开始工作。从而，如今馈给过电流检测电路12的电流是经电流补偿的电流Icc2，该电流是通过从检测电流Isens中减去一固定电流，并将随时间变化的电流添加到所产生的电流而获得的。如此，就能够使得经电流补偿的电流Icc2的斜率比图4D所示的虚线的斜率更为陡峭，而不用改变过电流检测电平，从而使得流过开关器件2的电流中的变化收敛。从而，在过电流保护使能状态中，即使具有高占空比，也能够防止低频振荡发生。

例如，以上述方式工作的第二电流补偿电路15配置成如图5所示。图5是示出图1至3中任一个所示的第一和第二电流补偿电路14和15的电路实例的电路图。图5所示的第一电流补偿电路14由PNP型双极晶体管Q51和Q52以及产生随时间增加的电流的电流源I51构成。双极晶体管Q51和Q52的基极连接在一起。双极晶体管Q51和Q52的发射极都连接到馈有恒定电压的供电电压端子Vdd。双极晶体管Q51的基极和集电极连接在一起，然后通过电流源I51连接至地。双极晶体管Q52的集电极连接到图1至图3中任一个所示的比较器5的非倒相输入端子(+)。

如上配置，第一电流补偿电路14形成所谓的电流镜电路，以下述方式工作，即，对电流源I51使其在双极晶体管Q51的发射极和集电极之间流动的电流进行镜像变换(mirror)的电流在双极晶体管Q53的发射极和集电极之间流动。从而，双极晶体管Q52从其集电极输出随时间增加的相同的电流，该电流然后加到检测电流Isens。

另一方面，图5所示的第二电流补偿电路由PNP型双极晶体管Q53、恒流源I52、以及开关SW构成。双极晶体管Q52的基极连接到双极晶体管Q51的基极。双极晶体管Q53的发射极连接到供电电压端子Vdd。双极晶体管Q53的集电极通过恒流源I52连接至地。也就是说，第二电流补偿电路15与第一电流补偿电路14一起形成一个电流镜像变换电路(current mirror circuit)。双极晶体管Q53的集电极连接到开关SW的一端，开关SW的另一端连接到图1至3中任一个所示的过电流检测电路12的馈入检测电流Isens的输入端子。

开关SW被控制成随着图1至3中任一个所示的触发器16的置位和复位而导通和关断。当开关SW导通时，从图1至3中任一个所示的过电流检测电路12的输入端子流到恒流源I52的电流中提取一电流，从而从检测电流Isens中减去一固定电流。这实现了第二电流补偿电路15进行的电流减法。

另一方面，对电流源I51使其在双极晶体管Q51的发射极和集电极之间流动的电流进行镜像变换的电流在双极晶体管Q53的发射极和集电极之间流动。从而，双极晶体管Q53从其集电极输出随时间增加的相同的电流，该电流然后通过开关SW馈至图1至3中任一个所示的过电流检测电路12的馈入检测电流Isens的输入端子，从而被加到检测电流Isens上。这实现了由第二电流补偿电路15进行的电流加法。

如此，通过对第一电流补偿电路14的补偿电流的镜像变换，产生第二电流补偿电路15的补偿电流，就能够使得经补偿的电流Icc2的斜率等于经补偿的电流Icc1的斜率。从而，即使在过电流状态中，和正常状态中一样，能够确保防止低频振荡发生。而且，该电路共享有助于实现开关电源装置简化和廉价。

图5所示的第一和第二电流补偿电路是用双极晶体管构造的。然而，还可能用MOS晶体管构造。例如，在开关频率为500kHz或更高时，或者在与开关电源装置相同的情况下电路包含许多逻辑电路时，使用MOS晶体管更为方便。

在上述的实施例中，电流控制部1中进行的加法和减法操作，以及比较器5进行的比较操作都是用电流为单位来进行的。然而，还可能用电压为单位来进行这些加法、减法和比较运算。图5所示的第一和第二电流补偿电路14和15配置成对电流进行加减。然后，还可能把它们配置成处理电压而不是电流，即通过使用电压放大器来对电压进行加减。

如上所述，在根据本发明的开关电源装置中，不仅在正常状态，而且在过电流保护使能状态中，过电流检测电路12都是利用经电流补偿的电流补偿电流Icc2工作的。从而，即使具有高占空比，也能够防止低频振荡发生。也就是说，在过电流保护使能状态中，即使具有高占空比，也能使开关频率稳定化。这使得能够减少线圈L1和输出电容器C2的电感和电容，从而使得开关电源装置紧凑和便宜。

通过将根据本发明的开关电源装置结合于使用开关电源装置的电器中，或结合于通用电源中，就能够实现紧凑的、便宜的电器或通用电源。尤其是，在诸如以汽车音频系统为例的车载电器，以电视监视器、液晶显示器电视监视器、以及DVD录像机等为例的视频-音频电器，以及以CD-ROM驱动器、CD-R驱动器以及DVD驱动器为例的PC外围设备之类的电器中，根据本发明的开关电源装置能够非常有效地被结合在内。

应理解，除了上述的具体方式之外，可用其它方式来实施本发明，并且在本发明的范围和要旨内，对于实际实践配置结构中的任一部分的细节都可作出许多改变和变型。

Claims (19)

1.一种开关电源装置，包括：

开关器件，所述开关器件的一端连接到馈有直流电压的输入端子，所述开关器件用于进行切换开关，从而将直流电压转变成脉动电压；

线圈，所述线圈连接在所述开关器件的另一端和输出端子之间，所述线圈用于进行平滑滤波，从而将脉动电压转变成与所述直流电压不同的一个直流电压；

输出电容器，所述输出电容器连接在所述输出端子和地之间，用于对来自线圈的直流电压进行平滑滤波，从而产生输出电压；以及

整流器件，所述整流器件连接在所述开关器件和所述线圈相连接的节点与地之间，用于在所述开关器件的关断状态期间，允许电流流过所述线圈，

其特征在于，所述开关电源装置包括：

电流检测部，所述电流检测部输出与一电流成比例变化的检测信号，该电流在所述开关器件的导通状态期间流过所述开关器件，同时随时间增加；

比较部，所述比较部将表示对输出电压分压而获得的反馈电压与基准电压的差异的误差信号与检测信号进行比较；

开关控制部，所述开关控制部根据来自振荡部的脉冲信号使开关器件导通，并且当检测信号大于误差信号时，根据从所述比较部获得的输出使所述开关器件关断；

过电流检测部，所述过电流检测部通过将检测信号与预定阈值比较，来检测流过开关器件的电流中的过电流，在检测到过电流时，使所述开关器件关断；

第一电流补偿部，所述第一电流补偿部将第一电流补偿信号叠加到馈给比较部的检测信号，以产生第一经电流补偿的信号；以及

第二电流补偿部，所述第二电流补偿部将第二电流补偿信号叠加到馈给过电流检测部的检测信号，以产生第二经电流补偿的信号，

由于第一和第二经电流补偿的信号的斜率比把开关器件从导通变为关断的时刻和开关器件从关断变回为导通的时刻观察到的检测信号的值连接在一起的线的斜率陡峭，因此使得流过开关器件的电流中的变化收敛。

2.如权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，当所述过电流检测部检测到过电流时，所述第二电流补偿部将第二电流补偿信号叠加在检测信号上。

3.如权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，还包括：

锁存部，通过在检测到过电流时从所述过电流检测部输出的过电流检测信号而使该锁存部置位，以及通过当所述检测信号比所述误差信号大时从所述比较部获得的输出而使所述锁存部复位，

当所述锁存部置位时，所述第二电流补偿部将第二电流补偿信号叠加在检测信号上。

4.如权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，当所述开关器件的导通状态周期比来自振荡部的脉冲信号的周期长时，所述第二电流补偿部将第二电流补偿信号叠加在检测信号上。

5.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，还包括：

逻辑门，该逻辑门输出来自振荡部的脉冲信号与开关控制部馈给所述开关器件以使所述开关器件导通的控制信号之间的逻辑与；以及

锁存部，所述逻辑门的输出使所述锁存部置位，以及当所述检测信号大于所述误差信号时从所述比较部获得的输出使所述锁存部复位，

当所述锁存部置位时，所述第二电流补偿部将第二电流补偿信号叠加在检测信号上。

6.如权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，所述第二电流补偿部从所述检测信号中减去一固定信号，并将一随时间增加的信号加到所述检测信号上。

7.如权利要求2所述的开关电源装置，其特征在于，所述第二电流补偿部从所述检测信号中减去一固定信号，并将一随时间增加的信号加到所述检测信号上。

8.如权利要求3所述的开关电源装置，其特征在于，所述第二电流补偿部从所述检测信号中减去一固定信号，并将一随时间增加的信号加到所述检测信号上。

9.如权利要求4所述的开关电源装置，其特征在于，所述第二电流补偿部从所述检测信号中减去一固定信号，并将一随时间增加的信号加到所述检测信号上。

10.如权利要求25所述的开关电源装置，其特征在于，所述第二电流补偿部从所述检测信号中减去一固定信号，并将一随时间增加的信号加到所述检测信号上。

11.如权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，所述第一和第二电流补偿信号的斜率相等。

12.如权利要求2所述的开关电源装置，其特征在于，所述第一和第二电流补偿信号的斜率相等。

13.如权利要求6所述的开关电源装置，其特征在于，所述第一和第二电流补偿信号的斜率相等。

14.如权利要求7所述的开关电源装置，其特征在于，所述第一和第二电流补偿信号的斜率相等。

15.如权利要求11所述的开关电源装置，其特征在于，所述第二电流补偿部构成使第一电流补偿信号镜像变换的电流镜像变换电路，或构造成生成等于第一电流补偿信号的电压的电压放大器。

16.如权利要求12所述的开关电源装置，其特征在于，所述第二电流补偿部构成使第一电流补偿信号镜像变换的电流镜像变换电路，或构造成生成等于第一电流补偿信号的电压的电压放大器。

17.如权利要求13所述的开关电源装置，其特征在于，所述第二电流补偿部构成使第一电流补偿信号镜像变换的电流镜像变换电路，或构造成生成等于第一电流补偿信号的电压的电压放大器。

18.如权利要求14所述的开关电源装置，其特征在于，所述第二电流补偿部构成使第一电流补偿信号镜像变换的电流镜像变换电路，或构造成生成等于第一电流补偿信号的电压的电压放大器。

19.一种包括权利要求1所述的开关电源装置的电器。

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